Arzén és ammónium együttes eltávolítása ivóvízből Primena kombinovanih tehnologija u tretmanu vode za piće za uklanjanje amonijum jona i arsena

Átírás

1 Licskó István, Laky Dóra Arzén és ammónium együttes eltávolítása ivóvízből Primena kombinovanih tehnologija u tretmanu vode za piće za uklanjanje amonijum jona i arsena Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék; 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3. Novi Sad, szeptember 5.

2 Az előadás vázlata-pregled predavanja Ammónium ion a magyarországi ivóvizekben Ammónium ion eltávolítása ivóvízből technológiák Helyszíni eys vizsgálatok sgáao eed eredményei Arsenic and ammonium in drinking water: implementation of a cross-border 1. esettanulmány terület törésponti és biológiai módszer vizsgálata 2. és 3. esettanulmány terület törésponti és biológiai módszer vizsgálata (az elért eredmények tömör összefoglalása) Összefoglalás: minta technológiai sorok arzén és ammónium ion együttes Összefoglalás: minta-technológiai sorok arzén és ammónium ion együttes eltávolítására

3 Ammónium a magyarországi ivóvizekben-amonijak u vodi za piće u mađarskoj Csatlakozás az Európai Unióhoz: a 98/83-as EU Direktíváknak k megfelelően lő az ammónium határérték szigorodása 0,5 mg/l-re (korábban 2 mg/l volt a maximálisan megengedhető ammónium ion koncentráció a mélységi vizekben) Ammónium tekintetében kifogásolt minőségű volt az ivóvíz a határérték szigorodása miatt Kb. 700 településen Érintett fogyasztók száma: 2,5 millió (a teljes lakosság kb. 25 %-a) Jelenleg folyamatban van az Ivóvízminőség-Javító Program (EU támogatással)

4 Ammónium egészségügyi hatásai- Zdravstveni aspekti amonijaka Arsenic and ammonium in drinking water: implementation of a cross-border Az ivóvizekben i előforduló ló koncentráció-tartomány t t á közvetlen egészségügyi é kockázatot nem jelent Magyarországon jellemzően mélységi vizekben fordul elő, természetes eredetű szennyezőként Téli időszakban a felszíni vizekben is megjelenhet az ammónium Közvetett kockázat A klórgázzal (Cl 2 ) / nátrium-hypoklorittal (NaOCl) végzett fertőtlenítés hatásfokát rontja (klóramin képződés) A hálózatban az ammóniumból a nitrifikáció következtében nitrit, majd nitrát képződik. A nitritnek közvetlen egészségkárosító g hatása van! A nitrit képződés veszélye miatt <0,2 mg/l NH 4 koncentráció elérésére kell törekedni!

5 Ammónium ion eltávolítási lítá technológiák-tehnologije h l ij za uklanjanje j amoinum jona Törésponti klórozás Folyamat NH 4+ NH 2 Cl NHCl 2 NCl 3 Technológia Cl 2, NaOCl adagolása Szilárd állapotú szennyezők eltávolítása lítá Homokszűrés ű THM és AOX melléktermékek eltávolítása, NCl 3 N 2 Biológiai ammónium ion eltávolítás Folyamat Oldott O 2 koncentráció biztosítása Nitrifikáció (NH 4+ NO 2- NO 3- ) Mikrobiológiai biztonság növelése GAC adszorpció Technológia Intenzív levegőztetés Homokszűrő, fluid-ágy Biztonsági szűrés (homokszűrés?, membrántechnológia), fertőtlenítés (Adszorpció) Adsorpcija (Sztripping ammónia gázzá alakítás) Stripping-prevođenje amonijaka u gasovito stanje

6 Az 1. esettanulmány területen végrehajtott vizsgálatok eredményei Rezultati dobijeni na lokalitetu koja je korišćena kao mesto prve studije slučaja lč

7 1. esettanulmány-terület bemutatása-prikaz lokaliteta A nyersvíz mélységi vízből származik, főbb vízminőségi jellemzők ammónium: 1,1 1,4 mg/l vas: 2,2 3,2 mg/l mangán: 0,6 0,8 mg/l arzén: ~ 20 µg/l KOI PS : 2 3 mg/l metán gáz: 3 5 NL/m 3 ; B B fokozat Korábban ammónium-mentesítést nem alkalmaztak, csak spontán nitrifikáció játszódott le, időszakonként mikrobiológiai és nitrit problémák léptek fel, mangán eltávolítása nem volt kellően hatékony Jelenleg a nitrit-probléma kiküszöbölése érdekében levegős helyett KMnO 4 -es oxidációt alkalmaznak, melyet homokszűrés követ Egyéb adatok: a vízellátás 2 kútból történik, a hálózatba táplált víz mennyisége kb. 350 m 3 (átlagérték)

8 Törésponti klórozás vizsgálata (5. sz. kút) Ispitivanje hlorisanja do prevojne tačke Törésponti görbe, 5. kút Arsenic and ammonium in drinking water: implementation of a cross-border (mg/l) NH 4 N 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Adagolt nátrium hipoklorit (mg Cl 2 /L) 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 g Cl 2 /L) Szabad, kö ötött és összes s aktív klór (m Cl 2 : NH 4 -N arány = 9,5 NH4 N 4 -N mg/l mg/l Slobodni aktivni hlor Szabad aktív Sz.a.kl. klór mg/l Zbirni aktivni hlor Összes aktív Ö.a.kl. klór mg/l Vezani aktivni hlor Kötött aktív K.a.kl. klór mg/l mg/l

9 Reakcióidő; képződő melléktermékek mennyisége (5. sz. kút) Vreme reakcije; količina nastalog nus produkta Törésponti klórozás időbeli lefutása, 5. kút, AOX és THM képződés Cl 2 : NH 4 N arány = 9,7 140 NH 4 N (m mg/l) NH4 N AOX THM AO OX (µg Cl/L), THM (µg/l) Idő (perc) 1 nap elteltével 0

10 Reakcióidő; képződő melléktermékek mennyisége (4. sz. kút) Vreme reakcije; količina nastalog nus produkta Törésponti klórozás időbeli lefutása, 4. kút, AOX és THM képződés Cl 2 : NH 4 N arány = 12, NH 4 N (mg/l) NH4 N AOX AOX (µg Cl/L), THM (µg/l) THM Idő (perc) 1 nap elteltével 0

11 Törésponti klórozás alkalmazása következtetések Primena hlorisanja do prevojne tačke-zaključci Az elméleti klórdózist lényegesen meghaladó mennyiségű klór adagolása szükséges mindkét kút esetében (9,5-ös, illetve 12-es arány)-kod oba bunara postoji potreba za doziranjem veće količine hlora (9,5 i 12 odnos) Képződő melléktermékek (főként AOX) mennyisége jelentős, a reakcióidő növekedésével az AOX mennyisége jelentősen nő amennyiben ez a technológia kerül megvalósításra, aktív szén beiktatása feltétlenül szükséges! Količina nastalog nus produkata je značajna, ako se ova tehnologija primenjuje primena aktivnog uglja je neophodna! A törésponti klórozással egyidejűleg mindkét kút esetén megfelelő mértékű vas és arzén eltávolítás játszódik le (a természetes vastartalom elegendő az arzén kicsapásához) Istovremeno sa hlorisanjem do prevojne tačke dešava se uklanjanje gvožđa i arsena (prirodni sadržaj gvožđa je dovoljan za uklanjanje j arzena kod oba bunara) Azonban a törésponti klóradag nem elegendő a vízben jelen lévő mangán oxidálására egyik kút esetében sem (a törésponti klórozást követően kb. 300 µg/l mangán marad a kezelt vízben), ezért a kálium-permanganátos oxidációra feltétlenül szükség van, nem hagyható el Ali, doza hlora do prevojne tačke nije dovoljna kod oba bunara za oksidaciju prisutnog mangana (posle tretiranja 300 µg/l mangana ostaje).i zato ne neophodna oksidacija sa kalijum permanganatom, sto se ne može izostaviti.

12 Ammónium-mentesítés mentesítés vizsgálata biológiai módszerrel- Amonijak-uklanjanje biološkim putem 1. kísérlet: a tisztítótelepi elfolyó vízzel hajtottuk végre a kísérleteket Kezelt víz levegőztetés gyorsszűrés Lejátszódhat a nitrifikáció előzetes káliumpermanganát adagolást követően? (elvileg maradék oxidálószer nincs a vízben) 1. kísérlet 2. kísérlet: a tisztítótelepi nyersvízzel hajtottuk végre a kísérleteket Nyersvíz levegőztetés gyorsszűrés KMnO 4 adagolás gyorsszűrés 2. kísérlet

13 Első ő kísérleti elrendezés folyamatábra Prva eksperimentalna konfiguracija-procesna shema Arsenic and ammonium in drinking water: implementation of a cross-border víztisztító telep kezelt vize 1 levegőztető tartály (25 L) 2 puffertartály (200 L) homokszűrő (nitrifikáló reaktor)

14 Második kísérleti elrendezés folyamatábra Prva eksperimentalna konfiguracija-procesna shema KMnO4 4 adagolás víztisztító 1 telep nyers vize 3 levegőztető tartály (25 L) 11 2 puffertartály (200 L) homokszűrő 17 (nitrifikáló homokszűrő reaktor) (mangántalanító)

15 (mg/l) -N (mg/l) NH4 N, NO 2 -N, NO2 N, 3 NO - O3 Nand N és Összes Total N NH 4 -N, Biológiai ammónium-mentesítés első kísérleti elrendezés Biološko uklanjanje amonijaka-prva eksperimentalna konfiguracija Nitrogén-formák változása az első kísérleti elrendezésben Change of nitrogen forms in the first experimental setup Ágytérfogat Bed volume Összes N (kísérlet után) Total N filtered water Összes-N (nyersvíz) Total N raw water NH 4 -N NH4 N NO 2 -N NO2 N NO 3 -N NO3 N 11. nap 29. nap 35. nap

16 Biológiai ammónium-mentesítés második kísérleti elrend. Biološko uklanjanje amonijaka druga eksperimentalna konfiguracija -N (mg/l) NH4 N, NO2 N, NO3 N and Total N (mg/l) N és Összes NO 2 -N, NO 3 - NH 4 -N, Nitrogén-formák változása a második kísérleti elrendezésben Change of nitrogen forms in the second experimental setup Ágytérfogat Bed volume Összes N (kísérlet után) Összes-N (nyersvíz) NH 4 -N Total N filtered water Total N raw water NH4 N NO2 N NO 2 -N NO 3 -N NO3 N 17. nap 31. nap 35. nap

17 Ammónium-mentesítés mentesítés biológiai módszerrel eredmények Uklanjanje amonijaka biološkim putem-rezultati Mindkét technológiával végbement a teljes nitrifikáció (ammónium nitrát átalakulás) primenom obe tehnologije odvija se potpuna nitrifikacija Az arzén kicsapatásához a természetes vastartalom elegendő volt; a vasba beépült arzén a homokszűrőn eltávozott za taloženje arsena količina gvožđa je bila zadovoljavajuća, pri čemu u gvožđe ugrađeni arsen se uklanja na peščanom filtru A második kísérleti elrendezésben vizsgált, a technológia elején alkalmazott levegőztetéssel az adagolandó kálium-permanganát dózis mennyisége 2 mg/l-re csökkent (azaz a jelenleg alkalmazott dózis a harmadára csökkenthető!) Mindkét kísérleti elrendezésben a víz 40 mg/l-es agresszív szén-dioxid koncentrációja 4 mg/l-re csökken Kod oba slučaja koncentracija ugljen dioksida sa 40 mg/l opada na 4 mg/l.

18 Javasolt asolt technológia, következtetések- tetések Predložena tehnologija i zaključci A javasolt technológia: biológiai ammónium-mentesítés a második technológiai elrendezés szerint, mert Arsenic and ammonium in drinking water: implementation of a cross-border Levegőztetés Gyorsszűrés (nitrifikáló reaktor) KM MnO 4 (2 mg/l) Homokszűrő (mangántalanító szűrő) lózati fertőtleníté és Há Az adagolandó KMnO 4 mennyisége csökkenthető 2 mg/l-re (6 mg/l helyett) A biológiai folyamatok után oxidálószer adagolás történik, melyet egy újabb homokszűrő követ. Ez egyben közbenső fertőtlenítés és biztonsági szűrés, amely a mikrobiológiai kockázatot csökkenti A metán a technológia elején eltávolításra kerül (nincs robbanásveszély, hatékonyabb ammónium eltávolítás)

19 A 2. és 3. esettanulmány területeken végrehajtott vizsgálatok eredményei Rezultati dobijeni na lokalitetu koja je korišćena kao mesto 2 i 3 studije slučaja

20 2. és 3. esettanulmány-terület terület bemutatása- Predstavljanje lokaliteta za studije slučaja 2 i 3. A szolgáltatott víz minősége a két területen hasonló: ammónium: 0,8 1,5 mg/l vas: általában határérték alatt mangán: általában határérték alatt arzén: 6-14 µg/l KOI PS : 1,3 2,3 mg/l metán gáz :2 68NL/ 6,8 NL/m 3 ; B fokozat mikrobiológiai vízminőség megfelelő hálózati nitrifikáció nincs Technológia nem áll rendelkezésre (fertőtlenítés klórral) Egyéb adatok: a vízellátás 3-3 kútból történik, a hálózatba táplált víz mennyisége Egyéb adatok: a vízellátás 3 3 kútból történik, a hálózatba táplált víz mennyisége kb. 350 m 3 /nap az egyik településen, 500 m 3 /nap a másik településen

21 THM és AOX melléktermékek mennyisége- Količina nus proizvoda THM i AOX Arsenic and ammonium in drinking water: implementation of a cross-border

22 Törésponti klórozás alkalmazása következtetések tetések Primena hlorisanja do prevojne tačke-zaključci Az elméleti klórdózist lényegesen meghaladó mennyiségű klór adagolása szükséges mindkét esettanulmány területen (10-es Cl 2 :NH 4 -N arány) Képződő melléktermékek (főként AOX) mennyisége jelentős, annak ellenére, hogy a THM koncentrációk határérték alattiak amennyiben ez a technológia kerül megvalósításra, aktív szén beiktatása feltétlenül szükséges! A törésponti klórozással egyidejűleg mindkét esettanulmány területen megfelelő mértékű As oxidáció játszódik le, de kiegészítő Fe(III)-só adagolásra szükség van annak érdekében, hogy az arzénkoncentráció biztonsággal határérték alatt legyen (kb. 1 mg/l Fe(III)-dózis szükséges) Javasolt technológiai sor: CH 4 eltávolítás Cl 2 / NaOCl Fe(III) GAC Homokszűrés Fertőtlenítés

23 Biológiai ammónium-mentesítés m mentesítés vizsgálata Biološko uklanjanje amonijaka 2. Esettanulmány területen t a nyersvízzel végrehajtott kísérletek Nyersvíz levegőztetés + Fe(III)-só adagolás gyorsszűrés Lejátszódhat a nitrifikáció előzetes Fe(III)-só adagolást követően? Arsenic and ammonium in drinking water: implementation of a cross-border

24 Biológiai ammónium-mentesítés 2. esettanulmány terület Biološko uklanjanje amonijaka na lokalitetu za 2. studiju slučaja NH4 N, NO O2 N, NO3 N (m mg/l) esettanulmány terület szervetlen N-formák koncentrációja 1. kísérlet szervetlen N formák koncentrációja NH4 N NO2 N NO3 N összes N (nyers) összes N (szűrt) Kísérleti nap A nitrifikáció lejátszódott abban az esetben is, amikor előzetesen vas(iii)-só j, ( ) adagolásra kerül sor-nitrifikacija se odigrava i onda kada se vrši pre doziranja soli gvožđa(iii)

25 Az eredmények összefoglalása minta-technológiai sorok bemutatásán tá á keresztül Zaključci u vezi rezultata- prikazivanje primenom tehnoloških nizova

26 Törésponti klórozással l kombinált koagulációs arzénmentesítés é Koagulaciono uklanjanje arsena u kombinaciji sa primenom hlorisanja do prevojne tačke Általában az elméleti klór:nh 4 -N arányhoz (7,6) képest nagyobb klórdózis szükséges Reakcióidő szerepe (hatékony ammónium eltávolítás, de a melléktermékek képződésének é k lehetőség szerinti minimalizálása) i A biztonsággal határérték alatti THM koncentráció nem garancia a megfelelő AOX értékekre Törésponti klórozás Homokszűrés GAC

27 Törésponti klórozással kombinált koagulációs arzénmentesítés Általában az elméleti klór:nh 4 -N arányhoz (7,6) képest nagyobb klórdózis szükséges Reakcióidő szerepe (hatékony ammónium eltávolítás, de a melléktermékek képződésének lehetőség szerinti minimalizálása) A biztonsággal határérték alatti THM koncentráció nem garancia a megfelelő AOX értékekre Törésponti klórdózis: az arzén oxidálását végrehajtja (arzén kicsapatásához: fémsó adagolás szükséges) Törésponti klórozás Fémsó adagolás Homokszűrés GAC

28 Törésponti klórozással kombinált koagulációs arzénmentesítés Általában az elméleti klór:nh 4 -N arányhoz képest nagyobb klórdózis szükséges Reakcióidő szerepe (hatékony ammónium eltávolítás, de a melléktermékek képződésének lehetőség szerinti minimalizálása) A biztonsággal határérték alatti THM koncentráció nem garancia a megfelelő AOX értékekre Törésponti klórdózis: az arzén oxidálását végrehajtja (arzén kicsapatásához: fémsó adagolás szükséges), de a mangán oxidáláshoz kiegészítő oxidálószerre (KMnO 4 ) lehet szükség Törésponti klórozás KMnO 4 adagolás Fémsó adagolás Homokszűrés GAC

29 Biológiai NH 4 eltávolítással kombinált koagulációs arzénmentesítés Biološko uklanajnje NH 4 u kombinaciji sa koagulacionim uklanjanjem arsena Arzénmentesítés és biológiai ammónium ion eltávolítás: Amennyiben az arzén a határértéket kismértékben haladja meg és a természetes vaskoncentráció elegendő (in-situ koaguláns) az arzénmentesítéshez nem szükséges vegyszert adagolni (vastalanítással együtt lejátszódó arzénmentesítés) és a vaskoncentráció kicsi vas(iii)-sósó adagolása a nitrifikáló szűrő előtt (nincs negatív hatással a nitrifikáló mikroorganizmusokra) Fémsó adagolás Levegőztetés Homokszűrés

30 Arzénmentesítés és biológiai ammónium ion eltávolítás: Arsenic and ammonium in drinking water: implementation of a cross-border Biológiai NH 4 eltávolítással kombinált koagulációs arzénmentesítés Biološko uklanajnje NH 4 u kombinaciji sa koagulacionim uklanjanjem arsena Amennyiben az arzén a határértéket kismértékben haladja meg és a természetes vaskoncentráció elegendő (in-situ koaguláns) az arzénmentesítéshez nem szükséges vegyszert adagolni (vastalanítással együtt lejátszódó arzénmentesítés) és a vaskoncentráció kicsi vas(iii)-sósó adagolása a nitrifikáló szűrő előtt (nincs negatív hatással a nitrifikáló mikroorganizmusokra) Amennyiben vegyszeres oxidáció ió szükséges (arzén, illetve mangán oxidálása céljából), javasoljuk azt a biológiai rendszert követően alkalmazni KMnO 4 adagolás Fémsó adagolás Levegőztetés Homokszűrés Homokszűrés

31 Biológiai NH 4 eltávolítással kombinált koagulációs arzénmentesítés Biološko uklanajnje NH 4 u kombinaciji sa koagulacionim uklanjanjem arsena Üzemeltetői tapasztalatok és saját kísérleti eredményeink alapján: a nitrifikáció lejátszódhat abban az esetben is, ha előzetesen vegyszeres oxidáció (KMnO 4 4) alkalmazására került sor, azonban az üzemeltetői tapasztalatok alapján egy adott KMnO 4 maradék felett már káros hatása lehet a nitrifikációra-nitrifikacija možeda se odigrava i ako je prethodno primenjena oksidacija sa KMnO 4, ali posleodređenog viska permanganata, ona može nepovoljno da utiče na nitrifikaciju Üzemeltetői tapasztalat: férgek elszaporodása a nitrifikáló szűrőkön Üzemeltetői tapasztalat: férgek elszaporodása a nitrifikáló szűrőkön Prisustvo nematoda na filtrima

32 Köszönjük megtisztelő figyelmüket! Hvana na pažnji! A szerzők ezúton fejezik ki köszönetüket a helyi üzemeltető szervezeteknek. Anyagi támogatásuk, közreműködő munkájuk és segítségük nélkül a bemutatott kutatási, műszaki- fejlesztési munkák nem jöhettek volna létre. licsko@vkkt.bme.hu laky@vkkt.bme.hu Novi Sad, szeptember 5.